Processament de senyals

El processament de senyals (també anomenat tractament de senyals) és un subcamp d’enginyeria elèctrica que se centra a analitzar, modificar i sintetitzar senyals com ara so, imatges i mesures científiques.[1] Les tècniques de processament del senyal es poden utilitzar per millorar la transmissió, l'eficiència de l'emmagatzematge i la qualitat subjectiva i també per emfatitzar o detectar components d’interès en un senyal mesurat.[2]

Transmissió de senyals mitjançant processament electrònic de senyals. Els transductors converteixen els senyals a partir d'altres formes d'ona físiques a formes d'ona de corrent o tensió elèctriques, que després són processades, transmeses com ones electromagnètiques, rebudes i convertides per un altre transductor a la forma final.

Ès la disciplina que desenvolupa i estudia les tècniques de tractament (filtratge, amplificació, ...), d'anàlisi i d'interpretació dels senyals, tant en senyals continus (Processament analògic de senyals) com senyals discrets (Processament digital de senyals). Utilitza, doncs, els resultats de la teoria de la informació, de l'estadística i la matemàtica aplicada.[3] Exemples en què se sol utilitzar el processament de senyals és en la transmissió de senyals com ara la ràdio, en enregistrar so (com ara música), en imatges...[1]

Els senyals que poden ésser tractats poden provenir de fonts molt diverses, tot i que, majoritàriament, es tracta de senyals elèctrics, o que han estat convertits en elèctrics mitjançant captadors i transductors.

HistòriaModifica

Segons Alan V. Oppenheim i Ronald W. Schafer, els principis del processament del senyal es poden trobar a les tècniques d’anàlisi numèrica clàssica del segle XVII. A més, afirmen que el refinament digital d’aquestes tècniques es pot trobar en els sistemes de control digital dels anys quaranta i cinquanta.[4]

El 1948, Claude Shannon va escriure l'influent article "A Mathematical Theory of Communication" que es va publicar al Bell System Technical Journal.[5] El document va establir les bases per al desenvolupament posterior de sistemes de comunicació d'informació i el processament de senyals per a la transmissió.[6]

El processament del senyal va madurar i va prosperar als anys seixanta i setanta, i el processament digital del senyal es va utilitzar àmpliament als anys vuitanta amb xips especialitzats processadors digitals de senyals.[6]

Tipus de senyalsModifica

Els senyals poden ésser analògics i digitals. Els primers poden provenir de captadors (o captadors+transductors) com ara un micròfon (que capta sons), una sonda termomètrica (que capta temperatures), una sonda baromètrica (que capta pressions), un velocímetre, un acceleròmetre, etc. Els senyals analògics es caracteritzen per representar magnituds que varien de forma contínua, que poden tenir, a priori, qualsevol valor. Els valors d'aquestes magnituds es coneixen també d'una forma contínua en el temps.

Els senyals digitals, per altra banda, poden provenir d'ordinadors, de sistemes que llegeixen suports digitals (com ara un CD) o bé han estat convertits per un conversor analògic-digital. Aquests senyals es caracteritzen per ésser representats per mitjà d'una certa quantitat de nombres (dígits). Així, els valors que poden prendre les magnituds representades digitalment són sempre graons d'una certa escala. Per altra banda, els valors digitals no es coneixen de manera contínua en el temps, sinó que se'n prenen mostres amb una certa freqüència, o quan esdevé alguna circumstància d'interès.

Tipus de processament de senyals analògicsModifica

Processament analògic del senyalModifica

Els senyals analògics poden ser tractats mitjançant circuits electrònics analògics.

Processament digital del senyalModifica

No obstant la simplicitat del tractament analògic, la tendència actual és cap a la digitalització del senyal i el seu posterior tractament digital mitjançant ordinadors o altres sistemes basats en microprocessadors. D'entre els basats en microprocessadors, n'hi ha un tipus anomenat processador digital del senyal (DSP) especialment pensat per a aquesta mena d'operacions.

Processament estadístic del senyalModifica

El processament estadístic del senyal és un enfocament que tracta els senyals com a processos estocàstics, utilitzant les seves propietats estadístiques per realitzar tasques de processament de senyal.[7] Les tècniques estadístiques s'utilitzen àmpliament en aplicacions de processament de senyals. Per exemple, es pot modelar la distribució de probabilitat del soroll produït en fotografiar una imatge, i construir tècniques basades en aquest model per reduir el soroll a la imatge resultant.

Processament no lineal del senyalModifica

El processament no lineal del senyal implica l'anàlisi i el processament de senyals produïts a partir de sistemes no lineals i poden ser en els dominis de temps, freqüència o espaciotemporal.[8][9] Els sistemes no lineals poden produir comportaments molt complexos, incloses les bifurcacions, caos, harmònica, i subharmònica que no es poden produir ni analitzar mitjançant mètodes lineals.

El processament de senyal polinomial és un tipus de processament de senyal no lineal, on els sistemes polinòmics es poden interpretar com a extensions conceptualment directes de sistemes lineals en cas no lineal.[10]

Mètodes matemàtics aplicatsModifica

AplicacionsModifica

Vegeu tambéModifica

ReferènciesModifica

  1. 1,0 1,1 Sengupta, Nandini; Sahidullah, Md; Saha, Goutam Computers in Biology and Medicine, 75, 1, agost 2016, pàg. 118–129. DOI: 10.1016/j.compbiomed.2016.05.013. PMID: 27286184.
  2. Alan V. Oppenheim and Ronald W. Schafer. Discrete-Time Signal Processing. Prentice Hall, 1989, p. 1. ISBN 0-13-216771-9. 
  3. Vignolo Barchiesi, Juan «Procesamiento Digital de Señales». Ediciones Universitarias de Valparaíso, 2008 [Consulta: 1r setembre 2021].
  4. Oppenheim, Alan V.. Digital Signal Processing. Prentice Hall, 1975, p. 5. ISBN 0-13-214635-5. 
  5. «A Mathematical Theory of Communication – CHM Revolution». Computer History. [Consulta: 13 maig 2019].
  6. 6,0 6,1 Fifty Years of Signal Processing: The IEEE Signal Processing Society and its Technologies, 1948–1998. The IEEE Signal Processing Society, 1998. 
  7. 7,0 7,1 Scharf, Louis L. Statistical signal processing: detection, estimation, and time series analysis. Boston: Addison–Wesley, 1991. ISBN 0-201-19038-9. OCLC 61160161. 
  8. 8,0 8,1 Billings, S. A.. Nonlinear System Identification: NARMAX Methods in the Time, Frequency, and Spatio-Temporal Domains. Wiley, 2013. ISBN 978-1119943594. 
  9. «A New Approach to Signal Processing of Spatiotemporal Data». A: 2018 IEEE Statistical Signal Processing Workshop (SSP). IEEE Xplore, 2018, p. 338–342. DOI 10.1109/SSP.2018.8450704. ISBN 978-1-5386-1571-3. 
  10. V. John Mathews; Giovanni L. Sicuranza Polynomial Signal Processing. Wiley. ISBN 978-0-471-03414-8. 
  11. Patrick Gaydecki. Foundations of Digital Signal Processing: Theory, Algorithms and Hardware Design. IET, 2004, p. 40–. ISBN 978-0-85296-431-6. 
  12. Shlomo Engelberg. Digital Signal Processing: An Experimental Approach. Springer Science & Business Media, 8 gener 2008. ISBN 978-1-84800-119-0. 
  13. Boashash, Boualem. Time frequency signal analysis and processing a comprehensive reference. 1a edició. Amsterdam: Elsevier, 2003. ISBN 0-08-044335-4. 
  14. Stoica, Petre. Spectral Analysis of Signals. NJ: Prentice Hall, 2005. 
  15. Peter J. Schreier. Statistical Signal Processing of Complex-Valued Data: The Theory of Improper and Noncircular Signals. Cambridge University Press, 4 febrer 2010. ISBN 978-1-139-48762-7. 
  16. Max A. Little. Machine Learning for Signal Processing: Data Science, Algorithms, and Computational Statistics. OUP Oxford, 13 agost 2019. ISBN 978-0-19-102431-3. 
  17. Steven B. Damelin. The Mathematics of Signal Processing. Cambridge University Press, 2012. ISBN 978-1-107-01322-3. 
  18. Daniel P. Palomar. Convex Optimization in Signal Processing and Communications. Cambridge University Press, 2010. ISBN 978-0-521-76222-9. 
  19. Sarangi, Susanta; Sahidullah, Md; Saha, Goutam Digital Signal Processing, 104, setembre 2020, pàg. 102795. arXiv: 2007.10729. DOI: 10.1016/j.dsp.2020.102795.
  20. Anastassiou, D. IEEE Signal Processing Magazine, 18, 4, 2001, pàg. 8–20. DOI: 10.1109/79.939833.

BibliografiaModifica

Enllaços externsModifica

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Processament de senyals